电子信息类专业EDA技术课程教学改革探索

摘要：EDA技术课程是高校电子信息类专业的核心课程之一，其课程教学效果直接影响着高素质电子信息产业人才的培养。文章针对课程教学中面临的一些实际问题，分别从理论教学和实验教学两个方面进行课程教学改革的探索并提出可行的解决措施，实现EDA技术课程教学效果的进一步提高。

关键词：电子信息类专业；EDA技术；教学探索；理论教学；实验教学

中图分类号：G420 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）25-0137-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

1 EDA技术课程教学中面临的问题

电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技术广泛应用于5G基站、医疗器械、汽车电子和军工等领域，是产业界和学术界高度关注的前沿技术之一。为了培养电子信息产业需要的高素质技能型人才，EDA技术课程也成为高校电子信息类专业的一门重要的专业课程。因此，如何提高EDA技术课程的教学效果，对于高校电子信息类人才的培养具有重要的意义[1-2]。

EDA技术课程的前期基础课程包括电路分析、模拟电子技术、数字电子技术和计算机文化基础等。该课程的课堂讲授一般分为理论课和实验课两个部分。理论课的教学内容包含EDA技术概述（主要是EDA技术的发展历史及产业现状）、FPGA的器件原理、硬件描述语言（VHDL或Verilog HDL）的语法规则、开发软件（目前高校师生主要使用Quartus Ⅱ软件）的使用方法、单元电路的设计方法和复杂系统电路的设计方法等。实验课教学的基本条件包括计算机、开发软件和含有FPGA芯片的实验平台等，教学内容涵盖了基本组合逻辑电路、基本时序逻辑电路和综合系统电路的设计等。

然而，在EDA技术课程的教学过程中往往面临着一些问题，总结如下：1）学生对本课程的学习兴趣较低，导致学习动力不足。2）学生对硬件描述语言的学习感到困难，导致课程学习进度缓慢。3）学生难以掌握在项目设计中分析、归纳和解决问题的思路与方法。4）课后作业大多局限于理论习题的解答，而缺少动手实践的项目练习。这些问题导致课程教学效果难以进一步提高，使学生难以深入理解并牢固掌握本课程的知识点，难以锻炼学生分析、归纳和解决问题的能力。因此，本文基于EDA技术课程教学的实际经验，进行教学改革的探索，并针对上述问题提出可行的解决措施。

2 改善理论教学效果的措施

EDA技术课程的理论教学是后续实验教学的基础，也是引领学生“入门”的重要教学环节。因此，为了提高理论教学的效果，针对上述总结的问题，根据理论教学的特点，本文提出了对EDA技术课程在理论教学方面的一些改革措施。

1）教师应当遵循教学规律，科学地安排理论教学与实验教学的学时比重，以满足教学进度要求，保证学生始终处于合理的学习节奏当中。例如，在一个教学周至少为16周的学期中，EDA技术的理论/实验的学时可以设置为32/32学时或32/48学时。因为，理论课主要包含EDA技术概述、FPGA的器件原理和硬件描述语言的语法规则等基础内容的讲授，所以需要充足的时间确保学生能够循序渐进地学习这些内容，避免因学时过少导致教师为追求教学进度而出现“满堂灌”式的教学效果，使学生学习的压力过大而跟不上紧张的学习节奏，最终失去学习的兴趣。

2）教师应当加强理论课程与生活实际的联系，特别是围绕学生日常生活中能够直接接触或者在新闻中了解到的生动案例进行讲解、分析。另外，教师理应积极地将爱国主义教育融入理论教学内容中，激发学生的爱国情怀。例如，在讲解复杂系统电路的设计方法时，可以引用我国目前大力发展5G通信技术作为案例。5G通信作为新一代的通信技术，具有较高的数据传输率、较低的延迟和快速的接入速度等优点，是推动我国社会经济持续高质量发展的战略核心技术之一，其重要性不言而喻。其中，5G通信系统的信道编码模块就需要基于FPGA芯片并采用EDA技术进行开发。因此，学生在了解到该内容之后，不仅会对本课程产生浓厚的学习兴趣，而且还可以在内心根植爱国主义情怀，增强学习动力。

3）教师应当加强EDA技术课程与前期基础课程之间的联系，体现出学以致用的实际效果，即前期课程搭建了基础知识，后期EDA技术课程更多体现的是在应用层面。例如，EDA技术课程与数字电子技术基础的联系最为密切。教师在授课过程中，应该注意引导学生将数字电子技术基础的理论知识与EDA技术课程中的项目设计案例进行有效融合[3]。以教师讲授3线-8线译码器的设计为例，引导学生回顾数字电子技术基础课程中讲授的3线-8线译码器的逻辑功能和电路组成等知识（系统的端口设计和译码功能实现等知识），鼓励学生积极思考如何运用EDA技术设计该电路系统，将程序代码模块与物理电路模块进行一一映射，加深学生对知识点的理解。

4）教师应当加强学生对EDA技术课程的相关英语术语的学习。工科专业背景的学生对专业英语术语的掌握尤为重要[4]。因为，无论是作为学生在高校学习本课程，还是毕业后作为工程师在产业界工作，都会遇到阅读和撰写英文文献、报告或者手册等技术文档的情况，而且有时需要与外国学者或者工程师进行专业方面的交流。所以，学生具有良好的专业英语术语使用能力是非常必要的。具体到本课程，其内容所涉及的硬件描述语言、开发软件和相关硬件技术文档包含大量的专业英语术语。这一点往往既是学生们的薄弱点也是教师在教学过程中容易忽略的重点。因此，教师在理论授课过程中必须注重加强学生对英语术语的学习。例如，教师可以尝试总结一个EDA技术常用英文术语学习表，供学生学习使用，在课堂教学过程中详细分析英文专业术语的含义并与相关知识点相联系，加深学生的记忆。另外，教师还可以通过布置作业、课堂提问和随堂测验等形式督促学生加强英语术语的学习。

5）教师应当注重采用多种教学方式加强与学生之间的教学互动。与传统教学理念相比，现代的教学理念要求学生要更多地参与到课堂教学活动中，通过积极地参与，加深自己对知识点的深入理解。教师可以采用启发式、探究式和讨论式等方法，引导学生主动参与课堂教学，形成积极思考问题、勇于回答问题以及善于解决问题的良好学习氛围，最终实现以学生为主体的课堂教学效果[5]。例如，教师在讲解8选1数据选择器的设计案例时，可以从两个层面出发，引导学生自主思考解题的方法。第一个层面为“分析并提炼题目的核心要求”，需要获得数据选择器的基本功能和端口配置等重要信息，寻找程序代码编写的突破口，引导学生完成程序中实体的设计（8选1数据选择器具有8路数据输入端口、1路选择信号输入端口和1路数据输出端口）；第二个层面为“分析如何编程描述系统的具体功能”，需要根据题目要求选择合适的方式，引导学生将电路功能与硬件描述语言的数据对象、数据类型、并行语句和顺序语句等知识点建立联系，完成程序中结构体的设计（8选1数据选择器的设计可以选择使用if或case语句实现核心功能的描述）。

6）在当今信息技术快速发展革新的时代，教师在教学过程中应当具有“互联网+”的思维，需要充分利用多种在线媒体技术手段辅助提升教学效果。例如，教师可以使用线上教学平台（雨课堂、学习通或腾讯会议等）完成出勤点名、课堂问答、习题发布和考试测验等理论教学环节，并借助线上平台实时、高效和准确地分析学生对知识点的掌握情况，实现对整个教学过程的动态把控，及时调整授课节奏。同时，学生也可以通过线上平台与教师互动，增加课程学习的趣味性，提高学生在教学活动中的参与度。

7）教师应当对课堂教学活动进行严格的管理并认真细致地为学生解答实验过程中出现的问题，避免问题的遗留和积压[6]。良好的课堂纪律是教学活动顺利进行的有力保障，教师在学生的出勤、课堂表现和学习态度等方面应当坚持原则并严格要求，同时也要在尊重学生的前提下，按照教学规律采取合适的方法。另外，教师的及时答疑不仅可以加深学生对知识点的理解，还可以增强学生的学习信心，使学生在学习过程中感受到相应的获得感，有利于后续教学活动的开展。

3 改善实验教学效果的措施

EDA技术课程的实验教学可以培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，使学生将硬件描述语言、开发软件的使用和电路设计方法等重要知识点融会贯通，是整个课程中实现“理论与实践紧密结合”教学理念的一个非常重要的环节。因此，本文也提出了对EDA技术课程在实验教学方面的一些改革措施。

1）实验项目的选择应当符合学生的实际水平，注重实验的难度要由浅入深，坚持循序渐进的原则，以培养学生的创造性和动手能力为主要目标。另外，教师应当科学地安排基础类实验、进阶类实验和综合提高类实验的学时比重，如果实验学时为32学时，那么三者的比例可以设置为3：3：2，给予学生充足的时间巩固基础和实现设计能力的提升。以具体实验项目为例，在基础类实验中教师可以选择QuartusⅡ软件的使用、流水灯、原理图编程和波形仿真工具的使用等实验，总学时可以分配为12学时。在这一阶段中，学生可以牢固掌握硬件描述语言和开发软件的使用等基础知识。例如，学生通过实验观察LED流水点亮的现象，可以增强对本课程的学习兴趣，在课程入门阶段建立学习信心，为后续难度提高的进阶类实验打下基础。在难度较大的进阶类实验中，教师可以选择分频器、静态数码管和动态数码管的设计等实验，总学时可以分配为12学时。在这一阶段中，教师可以将学生分成若干小组，小组人数不宜超过3人，引导学生形成积极讨论的良好学习氛围，培养学生的团结协作精神。在难度最大的综合提高类实验中，教师可以选择波形发生器和交通信号控制器的设计等实验，总学时可以分配为8学时。在这一阶段中，教师需要引导学生将系统电路解析成单元电路，并针对各单元电路逐一进行分析和设计，充分锻炼学生的自主思考和创新的能力。

2）实验项目相互间并不是孤立存在的，而应当具有逻辑上的连贯性，即前续实验是后续实验的基础，后续实验是前续实验的进阶。这样不仅可以使学生将所学的知识点串联成完整的“链条”，充分理解各知识点之间的内在逻辑关系，避免知识点形成“孤岛”，而且可以帮助学生形成良好的逻辑思维方式。例如，在基础实验中设置1位全加器实验，那么在后续进阶实验过程中可以选择4位加法器的设计实验。4位加法器的设计是以1位全加器为基础，灵活运用理论课程中讲解的元件例化语句，最终实现4位加法器的逻辑功能。这样的实验安排不仅充分体现了知识点之间的紧密关联性，还践行了“理论与实践紧密结合”的教学理念。因此，学生在完成该实验的过程中，不仅巩固了1位全加器实验的学习成果，而且将理论课中学习的知识点运用到实际问题的解决中，教学效果就顺理成章地得到了提高。

3）注重仿真实验在课后练习中的作用以及充分挖掘开发软件中仿真工具在教学过程中的应用潜力，使EDA 技术的实践学习不受实验室平台的局限[7-8]。EDA开发软件QuartusⅡ提供的仿真工具（波形仿真功能）具有非常高的灵活性和便捷性。因为在基础类实验中安排了“波形仿真工具的使用”实验，所以学生不仅可以利用实验室的平台完成设计任务，也可以在课后利用个人计算机完成设计任务。例如，教师可以将4位二进制加法计数器的设计实验作为课后项目练习布置给学生，学生可以自主安排时间完成项目设计，通过波形仿真功能验证实验结果的正确性，并且认真撰写实验总结，最后向教师反馈结果。这种方式突破了实验教学平台和学时的限制，灵活地利用了课余时间，既可以实现督促学生认真进行课后复习的目标，又加深了学生对理论知识和实践能力的掌握程度，相当于开辟了“第二课堂”。

4）与理论教学相同，教师能够使用线上平台对实验教学活动进行动态地把控，改善教学效果。例如，实践类课后练习题的发布与答疑可以通过线上平台的形式实现。学生通过在线平台接收课后习题任务，在完成习题之后同样可以通过线上平台向教师及时反馈结果。教师接收到来自学生的反馈信息，能够及时地通过线上平台进行点评和答疑。这种线上平台的方式突破了教学活动的场地限制（传统教学活动主要在教室中），灵活地帮助学生巩固课堂所学知识，提高学生的自主学习能力和动手能力。另外，在实验教学活动中，教师同样需要重视维持良好的课堂纪律，必须严格要求学生务必认真完成各项实验任务，合理设置随堂测试，及时和客观地考查学生对知识的掌握情况。

4 结束语

本文分析并总结了EDA技术课程教学活动中面临的一些常见问题。针对这些问题，本文基于以往的教学经验，从课堂教学和实验教学两个方面，对课程教学改革进行了一定的探索，分别提出了一些可行的解决措施。这些措施不仅有利于进一步提高EDA技术课程的教学效果，使学生牢固掌握课程的重点知识，提高学生的分析、归纳和解决问题能力，而且还可以激发学生的创造力和爱国情怀，对于培养高素质的电子信息类专业人才具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 李玉照，吴翥.电子设计自动化EDA技术状况与展望[J].集成电路应用，2022，39（11）：246-247.

[2] 张瑾.EDA技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2018.

[3] 武汉.EDA课程在高校教学中的改革与探索[J].科技视界，2020（25）：18-19.

[4] 苏明敏.EDA技术双语教学课程改革研究[J].教育现代化，2020，7（37）：51-53.

[5] 张正丽，王一，李震.EDA课程教学改革研究[J].中国现代教育装备，2020（13）：120-122.

[6] 辛元芳.EDA技术课程教学研究[J].教育教学论坛，2020（18）：298-299.

[7] 张惠丽.“EDA技术”开放课堂线上线下相结合教学实践研究[J].包头职业技术学院学报，2021，22（4）：62-64.

[8] 林智慧，唐亮，王海云.《EDA技术》课程的线上一课[J].电子测试，2022（10）：115-117.

【通联编辑：唐一东】